Wpływ hialuronianu na funkcje transportowe otrzewnej in vitro
Transkrypt
Wpływ hialuronianu na funkcje transportowe otrzewnej in vitro
PRACE ORYGINALNE Wp³yw hialuronianu na funkcje transportowe otrzewnej in vitro: analizy porównawcze Teresa GRZELAK Beata SZARY Czynniki cytoprotekcyjne mog¹ zmieniaæ strukturê otrzewnej i w³aciwoci transportowe b³ony. Celem analiz by³o porównanie transportu mocznika (0,02 g/dl), kreatyniny (0,1 g/dl), kwasu moczowego (0,02 g/dl), insuliny (0,1 g/dl), ikodekstryny (7,5 g/dl) oraz albuminy (1 g/dl) w warunkach kontrolnych i po wprowadzeniu hialuronianu (0,4 g/dl). Eksperymenty przeprowadzono z zastosowaniem otrzewnej ciennej królika, zmodyfikowanej komory Ussinga i matematycznego modelu transportu masy. Wielkoci transferu, skierowanego ze ródmi¹¿szowej do mezotelialnej strony b³ony (I®M) oraz w kierunku przeciwnym (M®I) wyra¿ano jako wspó³czynniki przepuszczalnoci dyfuzyjnej P [cm/s]. W przypadku ka¿dej moleku³y wykonano dwie odrêbne serie badawcze. W pierwszej z nich analizowano dwukierunkowy transport w warunkach kontrolnych (przez 120 min), w drugiej za parametry transferu przed (15-60 min) i po (75-120 min) zastosowaniu hialuronianu po mezotelialnej stronie b³ony. W serii kontrolnej wykazano stabilnoæ dwukierunkowego transportu mocznika, kreatyniny, kwasu moczowego, insuliny i albuminy (I®M oraz M®I) oraz pasa¿u ikodekstryny, skierowanego z mezotelialnej do ródmi¹¿szowej strony b³ony (M®I). rednie wartoci wspó³czynników przepuszczalnoci P±SEM wynosi³y dla mocznika: 2,293 ± 0,211 [10-4; cm/s] i 2,621 ± 0,457 [10-4; cm/s], dla kreatyniny: 1,522 ± 0,102 [10-4; cm/s] i 1,865 ± 0,244 [10-4; cm/s], dla kwasu moczowego: 1,936 ± 0,324 [10-4; cm/s] i 2,078 ± 0,186 [10-4; cm/s], dla insuliny: 0,145 ± 0,033 [10-4; cm/s] i 0,146±0,022 [10-4; cm/s] oraz dla albuminy: 0,271 ± 0,056 [10-4; cm/s] i 0,315 ± 0,057 [10-4; cm/s], odpowiednio w przypadku I®M i M®I transportu oraz 0,194 ± 0,035 dla transferu polimeru glukozy, skierowanego z mezotelialnej do ródmi¹¿szowej strony b³ony. Natomiast w kierunku przeciwnym (I®M) obserwowano wzrost transportu ikodekstryny o 50%. Wartoci wspó³czynników P wynosi³y 0,280 ± 0,038 [10-4; cm/s] w pierwszej godzinie eksperymentu i 0,394 ± 0,046 [104 ; cm/s] w kolejnej. Wykazano asymetriê transportu polimeru glukozy zwi¹zan¹ z przewag¹ I®M pasa¿u. Hialuronian obni¿a³ dwukierunkowy transfer mocznika rednio o 12% i eliminowa³ wspomnian¹ asymetriê transferu ikodekstryny. Po zastosowaniu tego zwi¹zku nie stwierdzono bowiem nasilenia transportu polimeru glukozy w kierunku I®M, obserwowanego w kontrolnej serii analiz. Badany glikozaminoglikan nie zmienia³ natomiast wspó³czynników przepuszczalnoci P w przypadku dwukierunkowego transferu pozosta³ych cz¹steczek. Otrzymane wyniki wskazuj¹, ¿e in vitro hialuronian modyfikuje przeotrzewnowy transport mocznika i ikodekstryny, ale nie wp³ywa na przepuszczalnoæ b³ony dla kreatyniny, kwasu moczowego, insuliny i albuminy. (NEFROL. DIAL. POL. 2007, 11, 112-117) Krystyna CZY¯EWSKA Katedra Chemii i Biochemii Klinicznej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Kierownik: Prof. dr hab. Lech Torliñski S³owa kluczowe: hialuronian transport dyfuzyjny b³ona otrzewnowa Key words: hyaluronan diffusive transport peritoneal membrane Influence of hyaluronan on transport properties of the peritoneum in vitro: comparative analyses Cell-protective factors may alter the peritoneal structure and transport properties of the membrane. The purpose of the studies was to compare the urea (0.02 g/dL), creatinine (0.1 g/dL), uric acid (0.02 g/dL), insulin (0.1 g/dL), icodextrin (7.5 g/dL) and albumin (1 g/dL) transport in control conditions and after application of hyaluronan (0.4 g/dL). The experiments were undertaken with use of rabbit parietal peritoneum, modified Ussing type chamber and mathematical model of mass transport. Values of the transfer, directed from the interstitial to mesothelial side of the membrane (I®M) and in the opposite direction (M®I) were expressed as coefficients of diffusive permeability P [cm/s]. In the case of each mmolecule, two separate series of the experiments were done. In the first one transperitoneal transport in the control conditions (during 120 min) was analyzed, and in the second transfer parameters before (15-60 min) and after hyaluronan application on the mesothelial side of the peritoneal membrane (75120 min) were examined. Stability of urea, creatinine, uric acid, insulin and 112 Adres do korespondencji: Dr n. med. Teresa Grzelak Katedra Chemii i Biochemii Klinicznej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, Pracownia Patofizjologii B³on Biologicznych, ul. wiêcickiego 6, 60-781 Poznañ Tel.: (61) 854-64-76, Fax: (61) 854-64-77 e-mail: [email protected] T. Grzelak i wsp. albumin transport (in the case of both transfer directions) and icodextrin passage (only M®I direction) was observed in the control studies. The diffusive permeability coefficients (P ± SEM) amounted at mean for urea: 2.293 ± 0.211 [10-4; cm/s] and 2.621 ± 0.457 [10-4; cm/s], for creatinine: 1.522 ± 0.102 [10-4; cm/ s] and 1.865 ± 0.244 [10-4; cm/s], for uric acid: 1.936 ± 0.324 [10-4; cm/s] and 2.078 ± 0.186 [10-4; cm/s], for insulin: 0.145 ± 0.033 [10-4; cm/s] and 0.146 ± 0.022 [10-4; cm/s] and for albumin: 0.271 ± 0.056 [10-4; cm/s] and 0.315 ± 0.057 [10-4; cm/s], respectively in the case of I®M and M®I transport and 0.194 ± 0.035 for glucose polymer transfer, directed from the mesothelial to the interstitial side of the membrane. Next, in opposite direction (I®M) it was showed as an increase of icodextrin transport by 50%. Values of P coefficient amounted to 0.280 ± 0.038 [10-4; cm/s] in the first hour of the experiment and 0.394 ± 0.046 [10-4; cm/s] in the next one. One observed also asymmetry of glucose polymer transfer with I®M passage domination. Hyaluronan decreased bi-directional urea transport by a mean of 12%. The analyzed glycosaminoglycan eliminated also asymmetry of icodextrin passage. After use this compound one did not reveal intensification of glucose polymer transport in I®M direction. Hyaluronan did not change coefficients of diffusive permeability P in the case of other molecules. The obtained results show that in vitro hyaluronan modifies dynamics of transperitoneal urea and icodextrin transport, but does not influence permeability of membrane for creatinine, uric acid, insulin and albumin. (NEPHROL. DIAL. POL. 2007, 11, 112-117) Wstêp Stosowanie p³ynów dializacyjnych o niskiej biozgodnoci indukuje morfologiczne i funkcjonalne zmiany b³ony otrzewnowej [3,14]. Dlatego coraz wiêksze zainteresowanie wzbudzaj¹ zagadnienia zwi¹zane z cytoprotekcyjnym oddzia³ywaniem na otrzewn¹, m.in. glikozaminoglikanów, fosfolipidów i antyoksydantów [2,12,16,17]. Wskazuje siê na korzyci zastosowania w p³ynach dializacyjnych kwasu hialuronowego, polianionowego polisacharydu zbudowanego z u³o¿onych naprzemiennie reszt N-acetyloglukozaminy i glukuronianu [16,17]. Wielkocz¹steczkowe frakcje hialuronianu (HA) s¹ istotnymi sk³adnikami macierzy pozakomórkowej wiêkszoci tkanek organizmu, w tym b³ony otrzewnowej. Wykazano zdolnoæ fibroblastów i komórek mezotelialnych otrzewnej do produkcji tego zwi¹zku. Obserwowano nawet 10-krotne zwiêkszenie zawartoci HA w tkance ródmi¹¿szowej i dializacie podczas zapalenia otrzewnej [14,16,20]. Wzrost syntezy hialuronianu stwierdzono tak¿e po d³ugookresowym wprowadzaniu do jamy otrzewnowej szczurów p³ynu dializacyjnego z dodatkiem N-acetyloglukozaminy [7]. Hialuronian wykazuje wielokierunkowe dzia³anie na b³onê otrzewnow¹ [2,13]. Uczestniczy w komunikacji miêdzykomórkowej i bierze udzia³ w homeostazie p³ynu otrzewnowego [13,18]. Wielkocz¹steczkowe frakcje tego zwi¹zku hamuj¹ proces w³óknienia otrzewnej poprzez modyfikacjê aktywnoci inhibitorów zewn¹trzkomórkowych proteinaz [27]. Osmotycznie czynny glikozaminoglikan bierze udzia³ w remodelingu i regeneracji otrzewnej, wp³ywaj¹c na ró¿nicowanie, proliferacjê i adhezjê komórek [3,18,20]. Po dodaniu wysokocz¹steczkowego hialuronianu do hodowli komórek mezotelialnych, izolowanych z dializatu osób poddanych dializie otrzewnowej, wykazano obni¿enie stê¿eñ mediatorów zapalenia i uszkodzenia komórek, m.in. bia³ka chemotaktycznego monocytów (MCP-1), naczyniowego ródb³onkowego czynnika wzrostu (VEGF), rozpuszczalnej miêdzykomórkowej cz¹steczki adhezyjnej (s-ICAM) i fibronektyny [2]. W³aciwoci antyoksydacyjne HA nasuwaj¹ przypuszczenie, ¿e mechanizm oddzia³ywania tego glikozaminoglikanu jest zwi¹zany z obni¿eniem aktywnoci wolnych rodników, a przez to ograniczeniem peroksydacji lipidów b³onowych podczas dializoterapii. Kilkudniowa dializa otrzewnowa u szczurów z zastosowanie hialuronianu (w stê¿eniu 0,01 g/dl) obni¿y³a bowiem stê¿enie malonodialdehydu w homogenizatach otrzewnej, w porównaniu do wartoci otrzymanych w przypadku dwóch grup zwierz¹t dializowanych roztworem NaCl z/lub bez dodatku HA o ni¿szym stê¿eniu (0,001 g/dl) [26]. Oddzia³ywanie hialuronianu sodowego na transport zwi¹zków nisko- i wysokocz¹steczkowych przez b³onê otrzewnow¹ poznane jest w ma³ym zakresie [1,16,17]. W zwi¹zku z powy¿szym, celem podjêtych badañ by³a analiza porównawcza dynamiki przezotrzewnowego transportu zwi¹zków o niskiej masie cz¹steczkowej (mocznika, kreatyniny i kwasu moczowego) i makromoleku³ (insuliny, ikodekstryny i albuminy) w warunkach kontrolnych oraz wywo³anej dzia³aniem wysokocz¹steczkowego hialuronianu sodowego. Materia³ i metody W dowiadczeniach zastosowano otrzewn¹, zaliczan¹ do tzw. z³o¿onych uk³adów b³onowych, któr¹ wykorzystuje siê m.in. jako model do badañ transportu biologicznego [6,7]. B³ona otrzewnowa by³a izolowana z przedniej ciany brzucha królików rasy nowozelandzkiej, bia³ej i umieszczana w zmodyfikowanej komorze Ussinga (zezwolenie nr 22/2006 Lokalnej Komisji Etycznej ds. Badañ nad Zwierzêtami w Poznaniu). Uk³ad modelowy, sk³adaj¹cy siê z dwóch pó³komór o czynnej powierzchni b³ony równej 1,1 cm2, ³¹czono za pomoc¹ przewodów polietylenowych z rezerwuarem p³ynu oraz pomp¹ perystaltyczn¹, a nastêpnie wype³niano p³ynem Hanksa o osmolalnoci 300 mOsm/kg H2O. Odpowiednie utlenowanie i sta³¹ wartoæ pH p³ynu (równ¹ 7,4) utrzymywano przez ci¹g³e wprowadzanie do uk³adu dowiadczalnego mieszani- Nefrologia i Dializoterapia Polska 2007 11 Numer 3 ny gazu zawieraj¹cej 95% O2 i 5% CO2. Objêtoæ roztworu, kr¹¿¹cego przy pomocy pompy, wynosi³a 13 lub 15 ml, a szybkoæ jego przep³ywu 11 ml/ min. We wszystkich eksperymentach próbki (0,51,1 ml) pobierano regularnie co 15 minut, a nastêpnie uzupe³niano p³yn, kr¹¿¹cy po obydwu stronach b³ony, do pierwotnej objêtoci. Ca³y uk³ad eksperymentalny umieszczano w komorze termostatycznej o temperaturze 37°C. Badania eksperymentalne sk³ada³y siê z dwóch, odrêbnych serii dowiadczeñ. W pierwszej, kontrolnej, wyznaczano wielkoæ przezotrzewnowego transportu mocznika (POCH - Gliwice - Polska, m.cz. 60 Da), kreatyniny (Sigma - Chemical, St. Louis - USA, m.cz. 113 Da), kwasu moczowego (SERVA Electrophoresis GmbH, Heidelberg Niemcy, m.cz. 168 Da), insuliny (Sigma-Chemical, St. Louis - USA m.cz. 5,8 kDa), ikodekstryny (ML Laboratories PLC, Liverpool - Wielka Brytania, m.cz. 14,6 kDa) i albuminy (wo³owej, Frakcji V, Sigma-Chemical, St. Louis - USA, m.cz. 68 kDa), skierowanego ze ródmi¹¿szowej (I) do mezotelialnej (M) strony b³ony oraz w odwrotnym kierunku w czasie 120 minut. Cz¹steczkê, dla której okrelano dynamikê dwukierunkowego transferu wprowadzano do p³ynu po ródmi¹¿szowej lub mezotelialnej stronie b³ony. Pocz¹tkowy gradient stê¿eñ wynosi³ w przypadku mocznika 0,02 g/dl, kreatyniny 0,1 g/dl, kwasu moczowego 0,02 g/dl, insuliny 0,1 g/dl, ikodekstryny 7,5 g/dl, a albuminy 1 g/ dl. Analogiczny schemat postêpowania zastosowano w drugiej serii eksperymentalnej, która dotyczy³a zmian parametrów przepuszczalnoci dyfuzyjnej P dla nisko- i wysokocz¹steczkowych zwi¹zków wywo³anych dzia³aniem hialuronianu (sól sodowa, SERVA Electrophoresis GmbH, Heidelberg - Niemcy, m.cz. 2 x 106 Da). Przez 60 minut analizowano dynamikê transferu poszczególnych zwi¹zków. Po godzinie dowiadczenia wprowadzano do uk³adu eksperymentalnego hialuronian sodowy (stê¿enie pocz¹tkowe 0,04 g/dl) po mezotelialnej stronie b³ony i przez kolejne 60 minut przeprowadzano pomiary transportu wymienionych moleku³. 113 Wyniki badañ W warunkach kontrolnych dynamika dwukierunkowego transportu mocznika, kreatyniny, kwasu moczowego, insuliny i albuminy oraz transferu ikodekstryny, skierowanego z mezotelialnej do ródmi¹¿szowej strony b³ony (M®I) by³a stabilna. Wspó³czynniki przepuszczalnoci dyfuzyjnej (I®M i M®I) wynosi³y rednio P±SEM dla mocznika: 2,293 ± 0,211 [10-4; cm/s] i 2,621 ± 0,457 [10-4; cm/s]; dla kreatyniny: 1,522 ± 0,102 [10-4; cm/s] i 1,865 ± 0,244 [10-4; cm/ s]; dla kwasu moczowego: 1,936 ± 0,324 [10-4; cm/s] i 2,078 ± 0,186 [10-4; cm/s], dla insuliny: 0,145 ± 0,033 [10-4; cm/s] i 0,146 ± 0,022 [10-4; cm/s] oraz dla albuminy: 0,271 ± 0,056 [10-4; cm/s] i 0,315 ± 0,057 [10-4; cm/s]. W przypadku transportu polimeru glukozy, skierowanego z mezotelialnej do ródmi¹¿szowej strony b³ony, wartoæ P wynosi³a 0,194 ± 0,035 [10-4; cm/s]. Natomiast w kierunku przeciwnym (I®M) wykazano wzrost transferu ikodekstryny o 50% w czasie 120 min. dowiadczenia. rednie wartoci wspó³czynnika przepuszczalnoci dy- 114 I M M I 300 P/P contr. [%] 250 200 150 n=17 n=17 n=21 100 114±6 50 100 0 98±19 108±9 100 15-60 91±14 101±5 103±5 75-120 75-120 75-120 kontrola mocznik (0,02 g/dl) kreatynina (0,1 g/dl) control stage urea (0.02 g/dL ) creatinine (0.1 g/dL ) kwas moczowy (0,2 g/dl) uric acid (0.2 g/dL) Czas [min] T ime [min] Rycina 1 Dynamika otrzewnowego transportu mocznika, kreatyniny i kwasu moczowego in vitro, skierowanego ze ródmi¹¿szowej (I) do mezotelialnej (M) strony b³ony oraz w kierunku przeciwnym, w warunkach kontrolnych. Dynamics of in vitro urea, creatinine and uric acid peritoneal transport, directed from the interstitial (I) to the mesothelial (M) side of the membrane and in the opposite direction in control conditions. Za 100% przyjêto rednie wartoci wspó³czynników przepuszczalnoci dyfuzyjnej P (±SEM) uzyskane w pierwszej godzinie dowiadczenia. I 300 M M I p < 0,01 250 P/P contr. [%] Stê¿enie zwi¹zku, dla którego okrelano wielkoæ przepuszczalnoci dyfuzyjnej P, oceniano metodami biochemicznymi i enzymatycznymi. W przypadku mocznika zastosowano kilkuetapow¹ metodê enzymatyczno-kinetyczn¹, z ureaz¹ i dehydrogenaz¹ glutaminow¹. Stê¿enie kreatyniny i kwasu moczowego oznaczano z wykorzystaniem testów Liquick Cor-CREATININE (opartego na zmodyfikowanej metodzie Jaffe`go, bez odbia³czania) i Liquick Cor-UA (metoda enzymatyczna z urikaz¹ i peroksydaz¹), (Cormay, Lublin - Polska). Z kolei, stê¿enia insuliny i albuminy ustalano dziêki zastosowaniu testu Protein Assay Kit (Sigma-Chemical, St. Louis - USA), opartego na zmodyfikowanej mikrometodzie Lowry. W celu okrelenia stê¿enia ikodekstryny wykorzystano kilkuetapow¹ metodê enzymatyczn¹ z amyloglukozydaz¹ (Sigma-Aldrich Inc., St. Louis - USA), oksydaz¹ glukozow¹ i peroksydaz¹ (Cormay, Lublin - Polska). Metoda ta zosta³a zaproponowana przez Wang R. i wsp. [Perit. Dial. Int. 2001, 21, 269] oraz dostosowana do potrzeb prezentowanych badañ in vitro [21,22]. Do analizy wielkoci transferu zastosowano model matematyczny, który zak³ada dyfuzyjny charakter transportu, a tak¿e dobre mieszanie p³ynu wewn¹trz komory Ussinga [4]. Otrzymane wyniki wyra¿ano w postaci wspó³czynnika przepuszczalnoci dyfuzyjnej P w cm/s. Modyfikacje w transporcie cz¹steczek okrelano w procentach wartoci kontrolnych Pbadane/Pkontrolne, przyjmuj¹c za 100% rednie wielkoci transferu uzyskane przed zmian¹ warunków dowiadczenia. Procentowe wartoci P wyznaczano oddzielnie dla ka¿dego eksperymentu, a nastêpnie podawano redni¹ dla ca³ej serii dowiadczeñ. Ze wzglêdu na zró¿nicowanie grup badawczych pod wzglêdem liczebnoci obliczano b³¹d standardowy redniej (SEM - standard error of the mean). Ocenê statystyczn¹ otrzymanych wartoci wspó³czynników transportu przeprowadzano przy u¿yciu programu Statistica 7.1 (StatSoft, Inc. Tulsa, OK, USA) i testów t-Studenta oraz Wilcoxona dla zmiennych powi¹zanych. Do analizy rozk³adów danych u¿yto testu Shapiro -Wilka. Jako istotn¹ statystycznie przyjêto wartoæ p<0,05. p < 0,05 200 n=24 n=26 n=18 150 100 150±11 50 0 100 100 116±20 95±9 111±11 88±11 125±8 15-60 kontrola 75-120 insulina (0,1 g/dl) 75-120 ikodekstryna (7,5 g/dl) 75-120 albumina (1 g/dl) control stage insulin (0.1 g/dL) icodextrin (7.5 g/dL) albumin (1 g/dL) Czas [min] Time [min] Rycina 2 Dynamika otrzewnowego transportu insuliny, ikodekstryny i albuminy in vitro, skierowanego ze ródmi¹¿szowej (I) do mezotelialnej (M) strony b³ony oraz w kierunku przeciwnym, w warunkach kontrolnych. Dynamics of in vitro insulin, icodextrin and albumin peritoneal transport, directed from the interstitial (I) to the mesothelial (M) side of the membrane and in the opposite direction in control conditions. Za 100% przyjêto rednie wartoci wspó³czynników przepuszczalnoci dyfuzyjnej P (±SEM) uzyskane w pierwszej godzinie dowiadczenia. fuzyjnej wynosi³y 0,280 ± 0,038 [10-4; cm/s] dla pierwszej godziny eksperymentu i 0,394 ± 0,046 [10-4; cm/s] dla kolejnej. Obserwowano tak¿e asymetriê transferu polimeru glukozy polegaj¹c¹ na przewadze pasa¿u skierowanego ze ródmi¹¿szowej do mezotelialnej strony b³ony (por. rycina 1, 2). Hialuronian sodowy obni¿a³ o 11% trans- port mocznika, skierowany ze ródmi¹¿szowej do mezotelialnej strony b³ony, a w kierunku odwrotnym o 12% (por. rycina 3). Badany glikozaminoglikan zmniejsza³ tak¿e I®M transport ikodekstryny, w porównaniu do serii kontrolnej, nie wp³ywaj¹c na pasa¿ w kierunku przeciwnym. W zwi¹zku z tym hialuronian sodowy eliminowa³ asymetriê T. Grzelak i wsp. 300 M M I hialuronian sodowy (0,04 g/dl) 250 p < 0,04 P/P contr. [%] Omówienie Przeprowadzone badania in vivo oraz in vitro wskazuj¹ na z³o¿onoæ przezotrzewnowego transportu ma³ych i du¿ych moleku³. Transfer cz¹steczek, zachodz¹cy w dwóch przeciwstawnych kierunkach pomiêdzy ³o¿yskiem naczyniowym a jam¹ brzuszn¹, jest ograniczony przez struktury b³ony otrzewnowej, które stanowi¹ odrêbne bariery anatomiczne. Nale¿¹ do nich: endotelium naczyniowe i mezotelium wraz z b³onami podstawnymi oraz interstitium. Nie bez znaczenia s¹ tak¿e warstwy p³ynu stagnacyjnego, przylegaj¹ce do struktur granicznych otrzewnej, tj. endotelialnej i mezotelialnej. Podczas dializy otrzewnowej transport moleku³ zachodzi g³ównie na drodze prostej dyfuzji i konwekcji, wywo³anych gradientem stê¿eñ substancji miêdzy dializatem a krwi¹, a tak¿e ró¿nic cinieñ hydrostatycznych, osmotycznych i/lub onkotycznych [5,14]. Nie mo¿na tak¿e wykluczyæ transcellularnej drogi przezotrzewnowego transferu cz¹steczek, dyfuzji u³atwionej oraz komponenty transportu aktywnego, przebiegaj¹cego niezgodnie z równowag¹ termodynamiczn¹. Zale¿noæ pomiêdzy wielkociami wskaników transferu cz¹steczek i ich w³aciwociami fizyko-chemicznymi jest wieloczynnikowa. Szybkoæ transportu moleku³, skierowanego z ³o¿yska naczyniowego do jamy otrzewnowej, uwarunkowana jest mas¹ cz¹steczkow¹, kszta³tem, gêstoci¹, rozpuszczalnoci¹ w wodzie i t³uszczach, obecnoci¹ otoczki hydratacyjnej i ³adunków elektrycznych oraz zdolnoci¹ do agregacji i wi¹zania z innymi zwi¹zkami. Warto podkreliæ, i¿ w przypadku zwi¹zków wielkocz¹steczkowych pasa¿ z jamy otrzewnowej do krwi, zachodzi g³ównie na drodze limfatycznej i nie zale¿y od wielkoci transportowanych moleku³ [5,14,19]. W prezentowanych badaniach in vitro najwy¿sze wartoci przepuszczalnoci dyfuzyjnej wykazano w przypadku najmniejszych moleku³, tj. mocznika (o masie cz¹steczkowej 60 Da), kreatyniny (m.cz. 113 Da) i kwasu moczowego (m.cz. 168 Da). rednie wielkoci wspó³czynników P±SEM wynosi³y odpowiednio: 2,467 ± 0,257 [10-4, cm/s]; 1,724 ± 0,153 [10-4, cm/s] i 2,017 ± 0,171 [10-4, cm/s]. Wielokrotnie ni¿sze by³y parametry transportu w przypadku insuliny (m.cz. 5,8 kDa), ikodekstryny (m.cz. 14,6 kDa) i albuminy (m.cz. 68 kDa), odpowiednio: 0,146 ± 0,019 [10-4, cm/s]; 0,251 ± 0,028 [10-4, cm/s] i 0,293 ± 0,039 [10-4, cm/s]. Nie stwierdzono jednak odwrotnie proporcjonalnej zale¿noci pomiêdzy mas¹ cz¹steczkow¹ i wielkociami transferu. Nale¿y podkreliæ, i¿ badane moleku³y oprócz masy czasteczkowej, ró¿ni³y siê miêdzy sob¹ np. przestrzenn¹ budow¹, obecnoci¹ ³adunków elektrycznych i zdolnoci¹ do agregacji, co utrudnia bezporednie analizy porów- I 200 p < 0,05 n=23 150 n=28 n=28 100 104±6 50 100 0 96±4 89±5 100 15-60 75-120 100±3 99±5 88±5 kontrola mocznik (0,02 g/dl) 75-120 kreatynina (0,1 g/dl) 75-120 kwas moczowy (0,02 g/dl) control stage urea (0.02 g/dL) creatinine (0.1 g/dL) uric acid (0.02 g/dL) Czas [min] Time [min] Rycina 3 Zmiany w otrzewnowym transporcie mocznika, kreatyniny i kwasu moczowego, skierowanym ze ródmi¹¿szowej (I) do mezotelialnej (M) strony b³ony oraz w kierunku przeciwnym, wywo³ane hialuronianem sodowym w warunkach in vitro. Changes of in vitro urea, creatinine and uric acid peritoneal transport, directed from the interstitial (I) to the mesothelial (M) side of the membrane and in the opposite direction, caused by sodium hyaluronan. Za 100% przyjêto rednie wartoci wspó³czynników przepuszczalnoci dyfuzyjnej P (±SEM) uzyskane przed zmian¹ warunków dowiadczenia. I 300 M M I hialuronian sodowy (0,04 g/dl) 250 P/P contr. [%] transferu polimeru glukozy. W serii kontrolnej obserwowano bowiem wzrost transportu tej makrocz¹steczki, skierowanego ze ródmi¹¿szowej do mezotelialnej powierzchni b³ony, czego nie stwierdzono po zastosowaniu glikozaminoglikanu (por. rycina 4). Hialuronian sodowy nie zmienia³ wspó³czynników przepuszczalnoci dyfuzyjnej P dla kreatyniny, kwasu moczowego, insuliny i albuminy (por. rycina 3, 4). 200 n=18 n=25 n=18 150 100 94±11 50 0 100 100 107±13 112±2 95±6 127±16 102±11 15-60 kontrola 75-120 insulina (01 g/dl) 75-120 ikodekstryna (7.5 g/dl) 75-120 albumina (1 g/dl) control stage insulin (0.1 g/dL) icodextrin (7.5 g/dL) albumin (1 g/dL) Czas [min] Time [min] Rycina 4 Zmiany w otrzewnowym transporcie insuliny, albuminy i ikodekstryny, skierowanym ze ródmi¹¿szowej (I) do mezotelialnej (M) strony b³ony oraz w kierunku przeciwnym, wywo³ane hialuronianem sodowym w warunkach in vitro. Changes of in vitro insulin, icodextrin and albumin peritoneal transport, directed from the interstitial (I) to the mesothelial (M) side of the membrane and in the opposite direction, caused by sodium hyaluronan. Za 100% przyjêto rednie wartoci wspó³czynników przepuszczalnoci dyfuzyjnej P (±SEM) uzyskane przed zmian¹ warunków dowiadczenia. nawcze. Na przyk³ad, stosunkowo niskie parametry dwukierunkowego transferu w przypadku insuliny wi¹za³y siê prawdopodobnie z jej specyficzn¹ zdolnoci¹ do ³atwego tworzenia (poprzez wi¹zania wodorowe) di- i heksamerów o wysokiej masie Nefrologia i Dializoterapia Polska 2007 11 Numer 3 cz¹steczkowej i obszernej przestrzennie strukturze. Przeprowadzone analizy wykaza³y, i¿ w warunkach kontrolnych wartoci wspó³czynników przepuszczalnoci dyfuzyjnej w przypadku mocznika, kreatyniny, kwasu moczo- 115 wego, insuliny i albuminy nie zmienia³y siê w czasie i by³y zbli¿one dla obydwu kierunków transferu. Natomiast parametry te dla ikodekstryny i pasa¿u skierowanego ze ródmi¹¿szowej do mezotelialnej strony b³ony charakteryzowa³y siê tendencj¹ wzrostow¹ w czasie 120 min. dowiadczenia (nasilenie transportu o 50%). Ponadto, zwraca uwagê asymetria transferu polimeru glukozy, charakteryzuj¹ca siê przewag¹ pasa¿u skierowanego ze ródmi¹¿szowej do mezotelialnej powierzchni b³ony nad transportem w odwrotnym kierunku. Wzrost I®M transferu tego zwi¹zku w czasie eksperymentu, jest trudny do wyjanienia na podstawie przeprowadzonych analiz. Prawdopodobnie móg³ on wynikaæ z czêciowej depolimeryzacji ikodekstryny na mniejsze cz¹steczki, zmiany osmolalnoci p³ynu i/lub strukturalnych i funkcjonalnych modyfikacji otrzewnej, wywo³anych polimerem glukozy lub produktami jego rozpadu [8,10,15,22,23]. U szczurów poddanych dializie otrzewnowej stwierdzono wzrost osmolalnoci roztworu dializacyjnego z 290 do 350 mOsmol/ kg H2O w zwi¹zku z enzymatyczn¹ degradacj¹ ikodekstryny do fragmentów o mniejszej masie cz¹steczkowej (g³ównie maltozy i maltotriozy) [15]. Nale¿y podkreliæ, i¿ prawdopodobnie w zwi¹zku z heterogennoci¹ miedzygatunkow¹ aktywnoci amylazy (odpowiedzialnej za rozk³ad polimeru do oligosacharydów) nie obserwowano takich zmian w przypadku dializy otrzewnowej u ludzi, z wykorzystaniem p³ynów opartych na polimerze glukozy [15,23]. Wstêpne badania in vitro nie wykaza³y wysokiej aktywnoci amylazy w p³ynie op³ukuj¹cym izolowan¹ otrzewn¹ cienn¹ królika, umieszczon¹ w uk³adzie eksperymentalnym (dane niepublikowane). Mo¿na przypuciæ, i¿ zmiany dynamiki transferu ikodekstryny s¹ wynikiem przemieszczania siê wody w kierunku M®I, której nie towarzyszy³ transport polimeru, nieenzymatycznej degradacji cz¹steczki lub modyfikacji struktury otrzewnej wywo³anej ikodekstryn¹. Niektóre badania sugeruj¹, i¿ dootrzewnowe wprowadzanie polimeru glukozy mo¿e wywo³ywaæ zaburzenia strukturalne w obrêbie poszczególnych struktur otrzewnej (o charakterze chemicznego zapalenia), prowadz¹ce do zmian jej w³aciwoci transportowych [8,10]. Podczas zabiegu dializy otrzewnowej u zwierz¹t obserwowano m.in. zmniejszenie objêtoci oraz obni¿enie ¿ywotnoci komórek mezotelialnych ju¿ po 2 godzinach ekspozycji na ikodekstrynê. Wi¹za³o siê to z przemieszczaniem wody z przestrzeni wewn¹trz- do pozakomórkowej. W przypadku d³u¿szych dowiadczeñ (15-dniowych) stwierdzono obecnoæ tzw. olbrzymich komórek mezotelialnych (o du¿ym promieniu i polu powierzchni oraz zwiêkszonym indeksie j¹dro/cytoplazma). Powy¿sze zaburzenia utrzymywa³y siê przez 2 miesi¹ce po zaprzestaniu dializy u zwierz¹t. Opisywane zmiany prawdopodobnie by³y wynikiem indukowanej przez ikodekstrynê peroksydacji lipidów warstwy mezotelialnej [10]. Zaburzenia morfologiczne w obrêbie struktur otrzewnej zwi¹zane z oddzia³ywaniem polimeru glukozy mog¹ przyczyniaæ siê do modyfikacji transportu nisko- i wysokocz¹steczkowych zwi¹zków przez b³onê otrzewnow¹. Miêdzy innymi obserwowano wzrost 116 klirensu bia³ka ca³kowitego po jednorazowym oraz d³ugoterminowym stosowaniu polimeru glukozy u dializowanych szczurów [8]. Ponadto, we wczeniejszych badaniach in vitro z zastosowaniem otrzewnej królików stwierdzono modyfikacjê przezotrzewnowego transportu kwasu moczowego i albuminy pod wp³ywem ikodekstryny [11]. Wyniki badañ in vivo oraz in vitro, dotycz¹cych wp³ywu hialuronianu na funkcje transportowe b³ony otrzewnowej, s¹ zró¿nicowane i zale¿¹ od masy cz¹steczkowej, stê¿enia oraz czasu stosowania tego zwi¹zku. Glikozaminoglikan o niskiej masie cz¹steczkowej (0,5 x 106 Da) w p³ynie dializacyjnym zwiêksza³ utratê bia³ek do jamy otrzewnowej [24]. Z kolei, wysokocz¹steczkowe frakcje HA (o m.cz. powy¿ej 1,6 x 106 Da) obni¿a³y lub nie wp³ywa³y na przezotrzewnowy transport nisko- i wysokocz¹steczkowych zwi¹zków, a efekty dzia³ania nasila³y siê wraz z wyd³u¿aniem czasu ekspozycji oraz wzrostem zastosowanego stê¿enia glikozaminoglikanu (w zakresie 0,01-0,1 g/dl) [1,16,17,24]. Kliniczne badania wykaza³y brak wp³ywu wysokocz¹steczkowych frakcji hialuronianu (m.cz. 2 x 106 Da) w stê¿eniach 0,01 g/dl i 0,05 g/dl, podanych jednorazowo do otrzewnej wraz ze standardowym p³ynem dializacyjnym, na klirensy mocznika, kreatyniny i albuminy po 3 i 6 godzinach leczenia dializ¹ [16]. Podobnie, dootrzewnowe wprowadzenie p³ynu glukozowego (3,86 g/dl) z wysokocz¹steczkowym hialuronianem (0,01 g/dl) u dializowanych przez 4 godziny zwierz¹t dowiadczalnych nie wp³ywa³o na dwukierunkowy transport albuminy [20]. Zastosowanie natomiast u szczurów p³ynu z dodatkiem 0,025 g/dl HA (m.cz. 1,6 x 106 Da) podczas 7-dniowej dializy otrzewnowej obni¿a³o wskaniki K BD (Diffusive Mass Transport Coefficient) mierzone po 4 godzinach równowa¿enia w przypadku sodu, potasu, mocznika i glukozy, a tak¿e wielkoæ absorpcji albuminy z jamy otrzewnowej do otaczaj¹cych tkanek, w porównaniu do zwierz¹t dializowanych standardowym p³ynem opartym na glukozie. Nie wykazano za ró¿nicy tych parametrów w stosunku do wyników otrzymanych w grupie kontrolnej (niedializowanej). W przypadku wskaników transferu bia³ka ca³kowitego stwierdzono za spadek transportu po zastosowaniu hialuronianu, zarówno w stosunku do zwierz¹t kontrolnych, jak i dializowanych standardowym p³ynem glukozowym [13]. W innych badaniach, wielkocz¹steczkowy polisacharyd (m.cz. powy¿ej 1 x 106 Da) w wysokim stê¿eniu (0,05 g/dl) podany jednorazowo, nie wp³ywa³ na absorpcjê, ale zmniejsza³ otrzewnowy klirens albuminy u zwierz¹t dowiadczalnych. Zastosowanie za hialuronianu w stê¿eniu 0,1 g/dl wywo³ywa³o obni¿enie transferu bia³ka ca³kowitego w obu kierunkach [20]. Spadek wskaników otrzewnowego klirensu i absorpcji dla protein wykazano tak¿e w przypadku wyd³u¿enia do czterech tygodni dializy otrzewnowej u szczurów, u których stosowano p³yn glukozowy z dodatkiem HA (m.cz. 1, 6 x 106 Da) w niskim stê¿eniu (0,01 g/dl), w porównaniu do grupy kontrolnej dializowanej standardowym p³ynem opartym na glukozie [17]. Wprowadzony do jamy otrzewnowej hialuronian tworzy sieæ gêsto u³o¿onych, ujemnie na³adowanych ³añcuchów polisacharydo- wych (tzw. filter cake) wp³ywaj¹cych na homeostazê wodn¹ [13,20,25]. U dializowanych szczurów zastosowanie HA wywo³ywa³o wzrost ultrafiltracji netto, w zwi¹zku ze zmniejszeniem reabsorpcji p³ynu z przestrzeni wewn¹trzotrzewnowej, zwi¹zanej z obni¿eniem przewodnoci hydraulicznej tkanki ródmi¹¿szowej [1,17,25]. Struktura przestrzenna hialuronianu (obecnoæ du¿ej liczby grup hydroksylowych oraz ³adunków ujemnych) umo¿liwia wi¹zanie wody, a przez to stanowi dodatkow¹ barierê dla swobodnego przep³ywu cz¹steczek [3,20]. Prezentowane wyniki badañ in vitro wskazuj¹, i¿ wprowadzenie do uk³adu dowiadczalnego wysokocz¹steczkowego hialuronianu wp³ywa na pasa¿ moleku³ o niskiej masie cz¹steczkowej, których parametry transportu przez b³on¹ otrzewnow¹ s¹ najwy¿sze. W przedstawionych analizach HA (m.cz. 2 x 106 Da) w stê¿eniu 0,04 g/dl obni¿a³ bowiem wskanik przepuszczalnoci dyfuzyjnej P w przypadku dwukierunkowego transferu mocznika, rednio o 12%. Nie stwierdzono natomiast zmian w dwukierunkowym transporcie zwi¹zków o wy¿szej ni¿ mocznik masie czasteczkowej, takich jak: kreatynina, kwas moczowy, insulina i albumina oraz transferze polimeru glukozy, skierowanym z mezotelialnej do ródmi¹¿szowej strony b³ony. Niewykluczone, ¿e obni¿enie I®M transportu ikodekstryny (w porównaniu do serii kontrolnej) po zastosowaniu HA, wi¹za³o siê z hamowaniem transferu niskocz¹steczkowych produktów degradacji polimeru glukozy przez wspomniany filtr hialuronianu. W przypadku przezotrzewnowego pasa¿u ikodekstryny, wysokocz¹steczkowe frakcje badanego glikozaminoglikanu mog³y przywracaæ integralnoæ b³ony, naruszon¹ przez dzia³anie wysokich stê¿eñ polimeru glukozy i/lub jego produktów rozpadu, a przez to wp³ywaæ porednio na przepuszczalnoæ otrzewnej. Warto podkreliæ, i¿ wraz ze wzrostem stê¿enia hialuronianu (w zakresie 0,01-0,1 g/dl), zastosowanego w p³ynie dializacyjnym, zwiêksza siê lepkoæ roztworu (od 1,5 do 4,8 cP) i zgodnie z I prawem Ficka zmniejsza siê dyfuzja cz¹steczek rozpuszczonych w tym roztworze [3,19,20]. Prawdopodobnie zwiêksza siê tak¿e gruboæ warstwy stagnacyjnej p³ynu, stykaj¹cego siê ze strukturami granicznymi b³ony [20]. Wp³ywaæ to mo¿e na obni¿enie transportu w zwi¹zku z wyd³u¿on¹ drog¹, jak¹ musz¹ pokonaæ moleku³y. Znaczenie tej bariery w przezotrzewnownowym transferze nisko- i wysokocz¹steczkowych zwi¹zków potwierdzono porednio w badaniach klinicznych, w których wykazano, ¿e znaczna prêdkoæ (100 ml/min) przep³ywu roztworu dializacyjnego, zastosowana podczas wysokowydajnej, automatycznej dializy otrzewnowej, zwiêkszy³a o 60% klirens mocznika oraz o 25% klirens b2-mikroglobuliny po 8 godzinach zabiegu, w porównaniu do wartoci uzyskanych podczas nocnej, przerywanej dializy otrzewnowej [9]. Wnioski 1. In vitro dynamika przezotrzewnowego transportu mocznika, kreatyniny, kwasu moczowego, insuliny i albuminy jest stabilna, natomiast pasa¿ ikodekstryny wykazu- T. Grzelak i wsp. je asymetriê, zwi¹zan¹ z przewag¹ transferu ze ródmi¹¿szowej do mezotelialnej strony b³ony, nad transportem w kierunku przeciwnym. 2. Wysokocz¹steczkowa frakcja hialuronianu sodowego in vitro nie zmienia dynamiki przezotrzewnowego transferu kreatyniny, kwasu moczowego, insuliny i albuminy, ale obni¿a dwukierunkowy transfer mocznika i jednokierunkowy (I®M) ikodekstryny. Pimiennictwo 1. Brêborowicz A., Po³ubiñska A., Pawlaczyk K. et al.: Intraperitoneal hyaluronan administration in conscious rats: absorption, metabolism, and effects on peritoneal fluid dynamics. Perit. Dial. Int. 2001, 21, 130. 2. Brêborowicz A., Pyda M., Moberly J., et al.: Effect of hyaluronan-supplemented dialysate on in vitro function of human peritoneal mesothelial cells. Am. J. Nephrol. 2004, 24, 316. 3. Cohen M., Klein E., Geiger B., Addadi L.: Organization and adhesive properties of the hyaluronan pericellular coat of chondrocytes and epithelial cells. Biophysical J. 2003, 85, 1996. 4. Czy¿ewska K., Szary B., Waniewski J.: Transperitoneal transport of glucose in vitro. Artif. Organs 2000, 24, 857. 5. Czy¿ewska K., Szary B.: Przezotrzewnowy transport glukozy. Studium funkcji i efektów. Wydawnictwa Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, Poznañ 2001. 6. Czy¿ewska K., Szary B., Grzelak T.: Peritoneal transport dynamics of glucose and icodextrin: the in vitro comparative studies. Adv. Perit. Dial. 2005, 21, 53. 7. Flessner M.F., Lofthouse J., Williams A.: Chronic alteration of subperitoneal tissue and peritoneal transport. Adv. Perit. Dial. 2002, 18, 12. 8. Frajewicki V., Kushnir D., Wajsbrot V. et al.: Peritoneal transport after long-term exposure to icodextrin in rats. Nephron 2002, 92, 174. 9. Freida P., Issad B.: Continuous flow peritoneal dialysis: assessment of fluid and solute removal in a high-flow model of "fresh dialysate single pass". Perit. Dial. Int. 2003, 23, 348. 10. Gotloib L., Wajsbrot V., Shostak A.: Mesothelial dysplastic changes and lipid peroxidation induced by 7.5% icodextrin. Nephron 2002, 92, 142. 11. Grzelak T., Szary B., Czy¿ewska K.: Effect of icodextrin on transperitoneal uric acid and albumin transport in vitro. Adv. Perit. Dial. 2004, 20, 47. 12. Grzelak T., Czy¿ewska K., Szary B.: Wp³yw hialuronianu na przepuszczalnoæ b³ony otrzewnowej dla makrocz¹steczek in vitro. Pol. Arch. Med. Wewn. 2005, 6, 1163. 13. Guo Q., Peng W., Cheng H. et al.: Hyaluronan preserves peritoneal membrane transport properties. Perit. Dial. Int. 2001, 21, 136. 14. Krediet R.T.: Peritoneal physiology - impact on solute and fluid clearance. Adv. Ren. Replace Ther. 2000, 7, 271. 15. Moberly J.B., Mujais S., Gehr T., et al.: Pharmacokinetics of icodextrin in peritoneal dialysis patients. Kidney Int. 2002, 62 (Suppl. 81), S23. 16. Moberly J.B., Sorkin M., Kucharski A. et al.: Effects of intraperitoneal hyaluronan on peritoneal fluid and solute transport in peritoneal dialysis patients. Perit. Dial. Int. 2003, 23, 63. 17. Po³ubiñska A., Pawlaczyk K., Kulan-Pawlaczyk M. et al.: Dialysis solution containing hyaluronan: Effect on peritoneal permeability and inflammation in rats. Kidney Int. 2000, 57, 1182. 18. Reijnen M.M.P.J., Falk P., van Goor H., Holmdahl Nefrologia i Dializoterapia Polska 2007 11 Numer 3 L.: The antiadhesive agent sodium hyaluronate increases the proliferation rate of human peritoneal mesothelial cells. Fertil. Steril. 2000, 74, 146. 19. Rippe B., Krediet R.T.: Peritoneal physiology - transport of solutes. W: The Textbook of Peritoneal Dialysis. Gokal R., Nolph K.D., Red., Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 1994, 69. 20. Rosengren B.-I., Carlsson O., Rippe B.: Hyaluronan and peritoneal ultrafiltration: A test of the "Filtercake" hypothesis. Am. J. Kidney Dis. 2001, 37, 1277. 21. Szary B., Czy¿ewska K., Grzelak T., Kêdzierski S.: Przezotrzewnowy transport ikodekstryny: badania czynnociowe i morfologiczne. Nefrol. Dial. Pol. 2005, 9, 74. 22. Szary B., Grzelak T., Czy¿ewska K.: Icodextrin peritoneal transport in vitro: Effect of sodium deoxycholate, glucose, and methylglyoxal. Artificial Organs 2007, 31, 140. 23. de Waart D.R. Zweers M.M., Struijk D.G., Krediet R.T.: Icodextrin degradation products in spent dialysate of CAPD patients and the rat, and its relation with dialysate osmolality. Perit. Dial. Int. 2001, 21, 269. 24. Wang T., Cheung H., Heimburger O., et al.: Hyaluronan prevents the decreased net ultrafiltration caused by increased peritoneal dialysate fill volume. Kidney. Int. 1998, 53, 496. 25. Wang T., Cheng H., Heimburger O., et al.: Hyaluronan decreases peritoneal fluid absorption: Effect of molecular weight and concentration of hyaluronan. Kidney Int. 1999, 55, 667. 26. Wieczorowska K., Brêborowicz A., Martis L., Oreopoulos D.G.: Protective effect of hyaluronic acid against peritoneal injury. Perit. Dial. Int. 1995, 15, 81. 27. Yung S., Li F.K., Chan T.M.: Peritoneal mesothelial cell culture and biology. Perit. Dial. Int. 2006, 26, 162. 117